Software and hardware systems for sounding meteor trails

The physical principles of meteor radio. A block diagram of hardware and software for sensing meteor trails. The principles of software-defined radio system. А functional diagram of a digital oscillator. shortcomings. Range and security meteor radio.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид статья
Язык английский
Дата добавления 06.05.2018
Размер файла 753,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Volga State University of Technology

Software and hardware systems for sounding meteor trails

Lebedeva A.A.

Abstract

The article describes the basic physical principles of meteor radio. A block diagram of hardware and software for sensing meteor trails. The principles of software-defined radio system lies at the heart of the complex. The paper presents a functional diagram of a digital oscillator, as well as software description with an example of the received data. This complex allows eliminating a number of shortcomings meteor radio, as well as increasing its range and security.

Keywords: meteor radio, software-defined radio.

Аннотация

В статье рассмотрены основные физические принципы метеорной радиосвязи. Предложена структурная схема программно-аппаратного комплекса для зондирования метеорных следов. В основу комплекса заложены принципы программно-определяемой радиосистемы. В работе приводится функциональная схема цифрового гетеродина, а так же описание программного обеспечения с примером принимаемых данных. Данный комплекс позволяет устранить ряд недостатков метеорной радиосвязи, а также повысить ее дальность и защищенность.

Ключевые слова: метеорная радиосвязь, программно-определяемая радиосистема.

The Earth is constantly bombarded by particles of interplanetary material from outer space. Upon entering the earth's atmosphere, along the route of the decaying particle, rapidly disappearing ionized tracks occur. The trace length can be up to 15 km with a width of about 20 meters, such flow can exist from 200 ms to 1 s. These tracks are different from the normal linear electron density and effectively reflect radio signals in the range of 40-100 MHz. Due to this, the radio signal sent by the transmitter into the atmosphere, is reflected off the meteor channel and transmitted to the Earth.

Since the development of the meteor trails is sporadic, the meteor radio systems allow, in the UHF band at long distances with small capacity and simple antennas, to ensure secrecy and immunity, low exposure to natural and artificial ionospheric disturbances and, therefore, the reliability of communication.

The radiophysical fundamentals of meteor communication are as follows. The meteor trail is a natural passive repeater. To get the directions to a mirror image, the meteor trail should take place on a tangent to one of the family of ellipsoids of rotation with focus point transmission and reception point. The meteor traces satisfying the specular reflection condition, are potentially useful for communication. The presence of geometric and energy constraints leads to the fact that not all the meteor traces occurring in the meteor zone (85 - 120 km) of the ionosphere can be used for communication, and reflected radio waves in the meteoric channel will only be accepted from the very limited areas of the meteor zone.

The optimal frequencies are in the range of 35-60 MHz. Although they are not rigid boundaries, but the frequencies outside this range have limited use. The lower limit is set to reduce the effects of atmospheric noise and space, the physical size of antennas and signal attenuation due to so-called D-layer of the ionosphere. At the frequencies above 60 MHz, the phase dispersion of multipath limits the useful duration of the meteor trail.

An important prerequisite for the meteor communication technology is the choice of frequencies. Only at the bottom of the VHF the right combination of receiver sensitivity and reflecting meteor trail ability can be found to create a viable system.

The meteor communication systems are highly effective when used in the radio band. Radio frequency is not enough, and the increasing need for information requires the economical use of the radio spectrum. Since the vast territories of different service users “served” by different meteors, the interference between users virtually eliminated, even if the same frequency is used in a very large area. Thus, all Europe may be serviced by one or two channels, depending on the configuration of the communication network.

If the communication system is formed as a star with a central base station and a certain number of remote stations, the limited communication capacity balance is disturbed by remote terminal stations. In case a mobile terminal is applied, the use of the omni-directional antenna will also affect the balance due. To restore the balance in the communication channel, the transmit power gain of the receiving base station antennas must be increased. To obtain an acceptable energy potential power line communication, the terminal should be around 100 watts.

Larger systems can be built using multiple base stations connected directly. Depending on the layout of the network, it is possible that the base station A located in the area of the base station B and vice versa. When using a single frequency channel for communication across the network it is likely that base stations will interfere the connection with the remote communication stations. Due to the high transmitter power and high gain of the receiving antenna, the connection between two base stations will have a much lower latency, which increases the level of interference. Defining one frequency channel for transmitting and receiving a single frequency channel to the base station, the interference between two base stations may be excluded, and the meteor communication channel can be used more efficiently. The two channels will be used by remote stations in the reverse order.

The GMSK-modulation is usually used to minimize the interference of adjacent channels (Gaussian Minimum Shift Keying modulation- Gaussian minimum shift modulation). The communication protocols are designed to provide 90% of the coefficient of traffic load.

The meteor trail coverage area may be defined as a ground region in which a specific time and a specific location of the transmitter, the power of the received signal exceeds a threshold. Such zone can be more accurately called an instantaneous service area, because its size and location is changed during the pulse. As it might be expected, the size of the zone increases and then decreases, and the location is changed, as a result of displacement of the meteor trail because of the winds in the upper atmosphere.

The size of the service area is an indicator of the degree of connection security. A small service area provides a low detection probability. The most important factor affecting the size of the service area is the location of the track relative to the transmitter and receiver. The meteor traces extending close to the transmitter to form a large service area. As a consequence, the service area for the two transmissions back and forth may be of different sizes.

The block diagram of the transmitter (Figure 1) consists of a GPS / Glonass module GEOS-3 device coordinates position (needed to calculate the distance between the transmitter and receiver and a delay in the signal distribution) and synchronization of time scales. The structure of the block diagram also includes a direct digital synthesizer (DDS) for frequency 1508PL9T necessary for communication. To increase the power of the radio signal to the required level, the power amplifier (PA) is applied. The main requirements to the power amplifier is the low distortion of the transmitted signal and high efficiency.

Fig. 1- The block diagram of the transmitter

The receiving part (Figure 2) of the hardware-software complex includes an input filter (1), an analog-to-digital converter (ADC) (2), a digital heterodyne (3), computers (4), a digital computer synthesizer (DDS) (5), and a synchronometer (GPS module / Glonass) (6).

Fig. 2 - The block diagram of the receiving part

At the core of the receiving part is a digital oscillator. Initial signal processing is performed in the digital local heterodyne in the future data received through the PCI interface to a personal computer (PC) with special software installed.

Functional diagram of the digital heterodyne is shown in Figure 3.

Fig. 3- Functional diagram of the digital heterodyne

The software is based on modified free program Spectrum Lab with special script and upgraded software SRM-3000 application.

Working window of the program's SRM-3000 application is shown in Figure 4, examples of the received data are presented in Figure 5.

Fig. 4 - Operating window SRM-3000 application

Fig. 5 - Example of received data

meteor radio digital oscillator

References

1. Ryabov I.V., Tolmachev S.V. SDR-receiver for radio meteor // In: Proceedings of the 15-th International Conference “Digital Signal Processing and its Applications” (DSPA'2013), Vol. 2. Moscow, Russia, 2013.

2. Ryabov I.V., Tolmachev S.V., Chernov D.A. SDR receiver on FPGA for the study of radar reflections from auroras // In: Proceedings of the 16-th International Conference “Digital Signal Processing and its Applications” (DSPA'2014), Vol. 2. Moscow, Russia, 2014.

3. Ryabov I.V., Tolmachev S.V., Chernov D.A. Programming FPGA family Xilinx company ZYNQ using MatLab and Simulink to study meteor radio // In: Proceedings of the 17-th International Conference “Digital Signal Processing and its Applications” (DSPA'2015), Vol. 2. Moscow, Russia, 2015.

4. Ryabov I.V., Tolmachev S.V., Lebedeva A.A. Hardware-software complex for detection of meteor trails // In: Proceedings of the 18-th International Conference “Digital Signal Processing and its Applications” (DSPA'2016), Vol. 2. Moscow, Russia, 2016, p. 603-608.

5. Ryabov I.V., Tolmachev S.V., Lebedeva A.A. Automated hardware-software system for remote detection of meteor trails // In: Proceedings of the XXII-th International Conference “Radiolocation, Navigation, Communication” (RLNC `2016). Voronezh, Russia, 2016.

6. Hinrichs, J., Dyrud, L. P., and Urbina, J. Diurnal variation of non-specular meteor trails // Annales Geophysical. 2009. Vol. 27(5). P. 1961-1967.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Процесс и результаты заимствования терминов из английского языка в русский в сфере компьютерной деятельности. Рассмотрение основных типов заимствований; термины hardware, software, команды и web-термины. Дискурсивный анализ обоснованности заимствований.

    дипломная работа [101,9 K], добавлен 09.10.2013

  • Анализ деятельности ОАО "Авиадвигатель". Интегрированная логистическая поддержка промышленных изделий как совокупность видов инженерной деятельности, реализуемых посредством информационных технологий. Обзор системы Siemens PLM Software Teamcenter 2007.

    курсовая работа [4,5 M], добавлен 13.01.2013

  • История программных продуктов "Borland Software Corporation". Языки программирования Turbo-Pascal, Delphi, CaliberRM, Turbo C++ и основные их принципы работы. Развитие их совместимости с Windows. Создание корпоративных систем на основе Веб-технологий.

    реферат [20,9 K], добавлен 02.04.2010

  • Practical acquaintance with the capabilities and configuration of firewalls, their basic principles and types. Block specific IP-address. Files and Folders Integrity Protection firewalls. Development of information security of corporate policy system.

    лабораторная работа [3,2 M], добавлен 09.04.2016

  • Структурне проектування: data flow та entity-relation diagram. Об’єктно-орієнтоване проектування: use case, class, statechart, activity та sequence diagram. Верифікація та консолідація даних. Реалізація інформаційної системи для рекламного агентства.

    курсовая работа [3,4 M], добавлен 25.12.2013

  • Проектирование схемы реляционной базы данных торговой компании. Создание диаграмм последовательности (Sequence Diagram) и кооперативных диаграмм (Collaboration diagram). Автоматическая генерация кода нескольких компонентов средствами Rational Rose.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 26.06.2015

  • Модули, входящие в пакет программного обеспечения. Project Menagement, Methodology Management, Portfolio Analysis, Timesheets, myPrimavera, Software Development Kit, ProjectLink. Иерархическая структура Primavera и ее взаимосвязь с программой MS Project.

    контрольная работа [9,5 K], добавлен 18.11.2009

  • Назначение ElectriCS 3D - автоматизированная раскладка кабелей при проектировании, реконструкции и эксплуатации зданий. Расчет и построение зон защит молниеотводов и горизонтальных сечений. Формируемые проектные документы. Достоинства и эффективность.

    реферат [195,5 K], добавлен 04.04.2013

  • Особенности технологии и главные преимущества системы имитационного моделирования Arena компании Rockwell Software, ее архитектура и структура, практическое использование для прогнозирования эффекта новых идей, правил и стратегий до их внедрения.

    курсовая работа [802,4 K], добавлен 08.06.2012

  • American multinational corporation that designs and markets consumer electronics, computer software, and personal computers. Business Strategy Apple Inc. Markets and Distribution. Research and Development. Emerging products – AppleTV, iPad, Ping.

    курсовая работа [679,3 K], добавлен 03.01.2012

  • Международный стандарт ISO/IEC 12207:1995 ”Information Technology – Software Life Cycle Processes” (ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99) определяющий структуру ЖЦ, содержащую процессы, которые должны быть выполнены во время создания программного обеспечения.

    презентация [519,6 K], добавлен 19.09.2016

  • Opera как веб-браузер и программный пакет для работы в Интернете, выпускаемый компанией Opera Software. История браузера Opera. Возможности программы, управление и интерфейс, версии для других устройств. Положение на рынке, критические замечания.

    реферат [18,9 K], добавлен 20.11.2011

  • История развития средств обработки видео с использованием компьютеров. Ознакомление с методиками нелинейного и линейного видеомонтажа. Эволюция программы Sony Vegas Creative Software; характеристика системных требований и интерфейса каждой из ее версий.

    контрольная работа [832,2 K], добавлен 17.09.2013

  • Історія виникнення та сфери використання тримірної графіки. Дослідження процесу візуалізації тримірного зображення. Створення програмного забезпечення, здатного перетворювати стандартні графічні зображення до графічних зображень внутрішніх форматів Мауа.

    дипломная работа [3,6 M], добавлен 23.09.2013

  • Overview history of company and structure of organization. Characterization of complex tasks and necessity of automation. Database specifications and system security. The calculation of economic efficiency of the project. Safety measures during work.

    дипломная работа [1009,6 K], добавлен 09.03.2015

  • The famous hacker Kevin mitnik. Tsutomu Shimomura is hacked by Kevin Mitnick. Sklyarov - a developer of software for reading electronic books. Wozniak famous for being the co-founder of Apple. Levin was accused of having committed one of the biggest bank

    презентация [904,2 K], добавлен 22.05.2012

  • Обзор рынка Информационных технологий. Современные автоматизированные системы управления проектами и их классификация. Open Plan (Welcom Software) - система, предлагающая решение по управлению проектами масштаба корпорации. Основные модули Open Plan.

    курсовая работа [630,9 K], добавлен 24.02.2010

  • Методики сбора и анализа сведений по сетевым принтерам Загорской ГАЭС; ввод полученной информации в базу данных оборудования и оргтехники на базе программного обеспечения Hardware Inspector. Изучение автоматизированных систем мониторинга и диагностики.

    отчет по практике [30,0 K], добавлен 20.07.2012

  • Lines of communication and the properties of the fiber optic link. Selection of the type of optical cable. The choice of construction method, the route for laying fiber-optic. Calculation of the required number of channels. Digital transmission systems.

    дипломная работа [1,8 M], добавлен 09.08.2016

  • Организационно-правовые основы местного самоуправления в России: понятие, принципы. Внедрение современных информационных технологий в деятельность местных органов власти. Окно рабочей области IBM Lotus Notes. Окно моделей устройств в Hardware Inspector.

    дипломная работа [1,0 M], добавлен 11.11.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.